Wetenschappers hebben een landbouwmethode ontwikkeld die de traditionele fotosynthese zou kunnen vervangen door een veel efficiënter systeem. Deze ‘elektro-landbouw’ zou ervoor kunnen zorgen dat planten in het donker kunnen groeien en maar liefst 94 procent (!) minder landbouwgrond nodig hebben.
Wie terugdenkt aan biologielessen op school, herinnert zich ongetwijfeld het proces van fotosynthese: planten zetten zonlicht om in energie om te groeien. Maar wat veel mensen niet weten, is hoe inefficiënt dit proces eigenlijk is. Van al het zonlicht dat een plant opvangt, wordt maar één procent daadwerkelijk omgezet in bruikbare energie.
Amerikaanse onderzoekers denken nu een alternatief gevonden te hebben dat vier keer efficiënter werkt. Het nieuwe systeem dat de onderzoekers hebben ontwikkeld, werkt fundamenteel anders. In plaats van planten direct zonlicht te laten opvangen, maken ze gebruik van zonnepanelen. De opgevangen energie wordt gebruikt om een chemische reactie tussen CO2 en water op gang te brengen, waarbij acetaat ontstaat. Dat is een molecule die verwant is aan azijnzuur. Door planten genetisch aan te passen, kunnen ze dit acetaat als voedingsbron gebruiken, in plaats van zelf aan fotosynthese te doen.
Speciale stofwisselingsroute
Om planten te laten groeien op acetaat, maken de wetenschappers slim gebruik van een natuurlijk mechanisme. Zaden die pas ontkiemen, kunnen nog niet aan fotosynthese doen. In de plaats gebruiken zij via een speciale stofwisselingsroute voedingstoffen die zich in het zaadje bevinden om te groeien. Als ze groot genoeg zijn, wordt deze route uitgeschakeld en kunnen de planten gewoon via de zon energie opnemen. De wetenschappers willen deze stofwisselingsroute echter terug aanzetten, zodat de planten kunnen overleven op acetaat.
“We proberen deze route weer aan te zetten in volwassen planten en hun oorspronkelijke vermogen om acetaat te gebruiken weer op te wekken. Het is vergelijkbaar met lactose-intolerantie bij mensen – als baby kunnen we lactose in melk verteren, maar voor veel mensen wordt die route uitgeschakeld als ze opgroeien. Het is een beetje hetzelfde idee, alleen dan voor planten”, zegt Robert Jinkerson, een van de auteurs van de studie die over de techniek werd gepubliceerd in het vakblad Joule.
Nog wat onderzoek nodig
Tot nu toe is het al gelukt om tomaten en sla te kweken die zowel fotosynthese als acetaat kunnen gebruiken. De volgende stap is ambitieuzer: planten kweken die volledig op acetaat kunnen leven, zonder ook maar één zonnestraal nodig te hebben. Wat vandaag de dag wel al mogelijk zou zijn, zegt Jinkerson, is het kweken van paddenstoelen, gist en algen met deze techniek. “Deze organismen zijn eigenlijk al klaar voor commercieel gebruik. Voor planten hebben we nog wat meer tijd nodig, omdat ze evolutionair gezien niet zijn ingesteld op deze manier van groeien.”
Oppervlakte om aan landbouw te doen drastisch naar beneden
De praktische toepassing zou revolutionair kunnen zijn: in plaats van uitgestrekte landbouwvelden zouden er compacte, meerlaagse gebouwen komen waar planten in een volledig gecontroleerde omgeving groeien. Volgens de berekeningen van het team zou deze aanpak de benodigde landbouwgrond met 94 procent kunnen verminderen. Ook zou de voedselproductie worden losgekoppeld van seizoenen of weersomstandigheden.
De techniek zou zelfs gebruikt kunnen worden om voedsel te kweken in de ruimte. Voordat Marskolonisten planten kunnen kweken op de rode planeet, is echter nog wat werk aan de winkel nodig. Het onderzoeksteam werkt er hard aan om het proces te verfijnen en om de efficiëntie te verhogen. Ook de kostprijs moet nog worden verlaagd. Later moeten ook andere belangrijke gewassen, zoals cassave, zoete aardappelen en granen op deze manier worden aangepast voor deze teeltmethode.
